1 引言
隨著生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和水污染治理措施的實(shí)施，工業(yè)點(diǎn)源污染得到了一定程度的控制，但在部分地區(qū)，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染比例增大，超過(guò)了點(diǎn)源污染，已經(jīng)成為了污染地表水和地下水的主要來(lái)源.國(guó)內(nèi)的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染主要來(lái)自種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，在2010年《第一次全國(guó)污染源普查公報(bào)》中公布，農(nóng)業(yè)源中種植業(yè)的總氮排放量為159.78萬(wàn)t，居農(nóng)業(yè)源排放量的首位(2010年).種植業(yè)中，水稻是我國(guó)播種面積最大的糧食品種，水稻生長(zhǎng)期間需要保持田面蓄水，與其他作物的生長(zhǎng)方式不同，因此，其水量變化和污染物的輸出過(guò)程比較獨(dú)特，由降雨出流或者人工管理措施造成的非點(diǎn)源污染也不容忽視.
目前，對(duì)于農(nóng)田氮磷負(fù)荷的定量研究方法主要有徑流池法、同步觀測(cè)法和模型模擬方法等.其中，徑流池法是通過(guò)在水稻田出水口建造一定容積的防滲徑流池，通過(guò)測(cè)定經(jīng)出水口流入徑流池的總徑流量和污染物濃度來(lái)估算場(chǎng)次降雨過(guò)程中水稻田非點(diǎn)源污染的流出負(fù)荷，估算結(jié)果有較高的精度.王靜等(2010)在巢湖支流的水稻種植區(qū)進(jìn)行野外試驗(yàn)，在不同田塊間建筑水泥擋板防止互相滲漏，并對(duì)應(yīng)建造徑流池，雨后產(chǎn)流立即測(cè)定徑流池水深并收集水樣，通過(guò)連續(xù)幾年的觀測(cè)試驗(yàn)，得到總氮的輸出系數(shù)最高達(dá)到9.2 kg · hm-2，流失系數(shù)(流失負(fù)荷/施肥量×100%)為5.12%.黃東風(fēng)等(2013)通過(guò)徑流池法得到降雨產(chǎn)流情況下水稻田的氮磷流失量，但對(duì)由于人工排水或者灌溉不當(dāng)導(dǎo)致的田面水出流未做討論.徑流池法適用于具有單一出水口的稻田，且需要建造徑流池，對(duì)于具有多個(gè)出水口或者難以建造徑流池的野外試驗(yàn)田，應(yīng)用有一定的局限性.
同步觀測(cè)法是在場(chǎng)次降雨產(chǎn)生出流的同時(shí)，在出水口處同步測(cè)定徑流量和采集水樣，根據(jù)得到的徑流量和水質(zhì)濃度過(guò)程線來(lái)求得場(chǎng)次降雨過(guò)程中氮磷污染負(fù)荷的流出總量.若在降雨同時(shí)進(jìn)水口有水流流入，需要同時(shí)測(cè)量進(jìn)水口處的水量和水質(zhì)，通過(guò)水量平衡關(guān)系扣除由進(jìn)水口流入的污染物負(fù)荷，從而得到因降雨出流造成的非點(diǎn)源污染.Choi等(2013)在水稻試驗(yàn)基地選取了8個(gè)5 m×15 m的試驗(yàn)小區(qū)，建造排水渠并安置流速儀，在降雨時(shí)同步觀測(cè)流量并取樣測(cè)定水質(zhì)，探討了在節(jié)水灌溉模式下水稻田的非點(diǎn)源污染.Phong等(2006)在東京大學(xué)試驗(yàn)田，選取了2塊約0.15 hm2(28 m×48 m)的水稻田塊，在出水口處建造30 cm寬的矩形排水渠，并在排水渠內(nèi)安裝水位測(cè)定儀，降雨產(chǎn)生出流的同時(shí)，通過(guò)測(cè)定流出水流的深度變化計(jì)算出流體積，同時(shí)采集出流水樣測(cè)定水質(zhì)，研究了不同灌溉模式下除草劑等有機(jī)污染物的流出規(guī)律.黃滿湘等(2003)開(kāi)展模擬降雨-徑流實(shí)驗(yàn)，在農(nóng)田試驗(yàn)小區(qū)出水口下安裝V型量水堰，降雨時(shí)收集徑流并檢測(cè)水質(zhì)，研究了北京地區(qū)農(nóng)田氮素流失機(jī)理.同步觀測(cè)法要求水稻田的出水口固定且唯一，多用于試驗(yàn)站的觀測(cè)，由于野外試驗(yàn)田的最低田埂高度動(dòng)態(tài)變化且出水口不唯一，很難應(yīng)用同步觀測(cè)的方法估算徑流負(fù)荷量.
對(duì)于氮磷等污染物流失規(guī)律的研究，許多學(xué)者采用了模型的方法.如Chahinian等(2011)采用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型對(duì)法國(guó)某一流域內(nèi)的水量、泥沙運(yùn)移進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)水量結(jié)果比較好，但泥沙運(yùn)移的結(jié)果不是很理想，因而對(duì)氮磷運(yùn)移的模擬造成了影響.另外，還有一些研究采用HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型、AGNPS(Agricultural Non-Point Source)模型(Usery et al., 2004)、DAYCENT(the Daily Version of the Century)模型(Wu et al., 2014)、DNDC(Denitrification-Decomposition Model)模型、WNMM(Water and Nitrogen Management Model)模型(李曉鵬等，2009)等對(duì)流域的非點(diǎn)源污染進(jìn)行了模擬，模型研究大多基于水文徑流過(guò)程、土壤信息、氣象信息等，需要長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果對(duì)一定時(shí)期內(nèi)污染物整體的轉(zhuǎn)化遷移規(guī)律模擬較好，但對(duì)于水稻田這種基于降雨和人工管理措施而造成的非點(diǎn)源污染規(guī)律的描述過(guò)于簡(jiǎn)化，無(wú)法模擬場(chǎng)次降雨造成的非點(diǎn)源污染.
針對(duì)野外水稻田生長(zhǎng)期內(nèi)最低田埂高度動(dòng)態(tài)變化且出水口不唯一的特點(diǎn)，本試驗(yàn)采取一種新的原位觀測(cè)方法，即在不改變水田原有出流特征(如出水口高度及出水口數(shù)量)條件下，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)水稻田非點(diǎn)源污染流失情況.該方法基于降雨-水位-水質(zhì)觀測(cè)，通過(guò)采集水位信息得到水稻生長(zhǎng)期內(nèi)的蒸散發(fā)和滲漏損失過(guò)程，根據(jù)水量平衡關(guān)系并結(jié)合降雨信息推算水稻田產(chǎn)生進(jìn)水或者出流的日期和徑流量，并結(jié)合定期觀測(cè)得到的田面水水質(zhì)變化過(guò)程來(lái)估算降雨造成的氮磷流失負(fù)荷.
2 研究區(qū)概況
試驗(yàn)區(qū)位于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)的京西稻種植示范基地，示范區(qū)面積達(dá)到30萬(wàn)m2.海淀區(qū)屬溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.5 ℃，冬季寒冷干燥，盛行西北風(fēng)，夏季高溫多雨，盛行東南風(fēng)，平均風(fēng)速為 2.3 m · s-1.降雨季節(jié)分配很不均勻，全年降雨集中在7—10月份，多年平均降水量為619.0 mm，平水年降水量為614.3 mm，枯水年降水量為336.4 mm.本試驗(yàn)選取了位于農(nóng)田下游的一塊面積約為3792 m2(24 m×158 m)的水稻田為試驗(yàn)田塊，水稻田水肥管理措施如下：水稻插秧：2013年5月23日;基肥：復(fù)合肥 25 kg · 畝-1，尿素3 kg · 畝-1，糞肥1000 kg · 畝-1;追肥：尿素 7.5 kg · 畝-1，2013年6月25日;水稻收割：2013年10月28日;灌溉方式：間歇性灌溉，水層保持在20 mm以上;排水曬田：2013年7月21—26日(分蘗期末期)，2013年9月16日—2013年10月28日(成熟期).
3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和方法
3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
3.1.1 試驗(yàn)儀器安裝
試驗(yàn)需要采集降雨信息和水稻生長(zhǎng)期田面水水位信息.在水稻插秧時(shí)安裝雨量計(jì)和水位自動(dòng)記錄儀，雨量計(jì)安置在試驗(yàn)田邊水平地面上，用三腳架平穩(wěn)固定于地面上，承雨口平面距離地面0.7 m，記錄間隔設(shè)定10 min.
在水稻田中部靠近田埂的出水口位置附近安裝水位自動(dòng)記錄儀，為防止儀器探頭被底泥或者其它物質(zhì)擋住而影響記錄，探頭部分固定在距離水稻田底部2 cm處，定期檢測(cè)保證探頭不被淤泥堵塞，且保持探頭安裝高度在整個(gè)水稻生長(zhǎng)期不變.水位計(jì)數(shù)據(jù)記錄間隔設(shè)定30 min.
3.1.2 田面水樣品采集和測(cè)定
試驗(yàn)期間，每周兩次采集田面水水樣，自水稻田開(kāi)始蓄水至成熟期水位為零，共進(jìn)行了31次采樣.田面水水質(zhì)采樣點(diǎn)共設(shè)定5個(gè)，其中4個(gè)采樣點(diǎn)位于水稻田的4個(gè)不同位置，另外1個(gè)采樣點(diǎn)位于水位記錄儀附近.每次采樣需采集5瓶1 L的水樣，加硫酸酸化調(diào)節(jié)pH<2后冷藏保存，并在24 h內(nèi)測(cè)定TN、TP濃度.TN的測(cè)定采取過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，TP的測(cè)定采取鉬銻抗分光光度法.
3.2 數(shù)據(jù)分析方法 3.2.1 蒸散發(fā)和滲漏損失
根據(jù)水稻生長(zhǎng)規(guī)律，本試驗(yàn)將水稻生長(zhǎng)劃分為4個(gè)時(shí)期：移苗返青期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、成熟期.各個(gè)生長(zhǎng)期水位變化遵循水量平衡理論，農(nóng)田水分的變化決定于同一時(shí)段內(nèi)進(jìn)水和耗水的消長(zhǎng).水稻田進(jìn)水包括于人工灌溉和自然降雨，耗水包括人工排水、降雨出流及蒸散發(fā)和滲漏損失.在沒(méi)有降雨和人工管理措施干預(yù)的情況下，田間水位的下降僅由于蒸散發(fā)和滲漏損失造成，呈現(xiàn)平穩(wěn)下降趨勢(shì)，因此，可以選定這樣的水位曲線段進(jìn)行擬合求解得到1天或者連續(xù)幾天的蒸散發(fā)和滲漏損失量;在降雨、人工灌溉和排水日，水位變化受到自然降雨或者人工管理措施的影響，無(wú)法通過(guò)水位曲線求解得到蒸散發(fā)和滲漏損失值.但在同一個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，水稻生長(zhǎng)狀況相差不大，且在相似的天氣狀況下，蒸散發(fā)和滲漏損失接近，因此，在降雨、人工灌溉和排水日的蒸散發(fā)和滲漏損失值參照前后幾日的值進(jìn)行擬定.
圖 1為水稻移苗返青期的一段0.5 h水位變化過(guò)程線，5月31日—6月3日、6月10—14日之間，不存在人工灌溉、人工排水和自然降雨的情況，選定圖中虛線段水位進(jìn)行擬合求解，根據(jù)斜率得到的0.5 h水位變化量計(jì)算日變化量，即為蒸散發(fā)和滲漏損失值.6月4—9日間存在降雨，降雨日的水位變化過(guò)程線受到影響，表現(xiàn)為兩個(gè)方面：由于降雨導(dǎo)致濕度、溫度等氣象因子的改變，水稻蒸騰和田面水蒸發(fā)速率受到影響(王衛(wèi)光等，2012);降雨量較大時(shí)，田面水水位逐漸上升，當(dāng)水面高度達(dá)到最低田埂高度時(shí)，若降雨持續(xù)發(fā)生，則田面水水位維持一定高度不變，降雨停止后，水位又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì).圖 1連續(xù)6 d的降雨中，6月7日降雨量最大，假定該日的蒸散發(fā)和滲漏損失情況與該生長(zhǎng)期內(nèi)非降雨日最不利天氣條件相近，即等于該生長(zhǎng)期的最低值，其它幾日則通過(guò)線性插值計(jì)算.
圖1 蒸散發(fā)和滲漏損失分析過(guò)程線
試驗(yàn)區(qū)水稻采取間歇性灌溉方式，灌溉頻率較高，灌溉日的水位變化過(guò)程線呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì);另外，根據(jù)作物生長(zhǎng)需求，也會(huì)采取人工排水的方式調(diào)整田面水水位，這時(shí)水位線的下降原因包括：①蒸散發(fā)和滲漏損失;②人工排水.以上兩種情況下無(wú)法直接通過(guò)水位變化曲線得到日蒸散發(fā)和滲漏損失值，因此，將這幾日的蒸散發(fā)和滲漏損失取前后兩日的平均值.
另外，水稻生長(zhǎng)期內(nèi)共進(jìn)行兩次曬田：分蘗期末期和成熟期后期.曬天前進(jìn)行人工排水，當(dāng)田面水水位下降至2 cm以下時(shí)，水位記錄數(shù)據(jù)為零.參照賈宏偉等(2010)對(duì)不同灌溉模式下水稻田的水分利用效率的研究，薄露灌溉模式下水稻田的平均水利用率約為90%.在本研究中，當(dāng)水稻田進(jìn)行排水且水位記錄為零時(shí)，此時(shí)實(shí)際水位是20 mm以下，若該日水分利用效率以平均值90%進(jìn)行計(jì)算，則發(fā)生無(wú)效耗損的水量為2.0 mm左右，將該值近似為該日的蒸散發(fā)和滲漏損失值，并逐日遞減至零由此得到整個(gè)生長(zhǎng)期的蒸散發(fā)和滲漏損失過(guò)程線(圖 2).
圖2 日零時(shí)水位、蒸散發(fā)和滲漏損失過(guò)程線
3.2.2 田面水出流推算
水稻田的非點(diǎn)源污染產(chǎn)生于3種情況：①降雨(圖 3)：降雨使得田面水水位上升，直至達(dá)到最低田埂高度，若降雨持續(xù)發(fā)生，則田面水產(chǎn)生出流，若降雨強(qiáng)度很大時(shí)，雨水沖刷田埂使得田埂高度降低也會(huì)引起出流;②人工排水(圖 4)：水位曲線上出現(xiàn)明顯水位轉(zhuǎn)折點(diǎn)，直至水位下降為零，這是由人工排水曬田造成，且此時(shí)排水量較大;③過(guò)量灌溉：在晴天或者當(dāng)日有少量降雨時(shí)，由于灌溉過(guò)量直接導(dǎo)致田面水水位上升或者上游田塊水流入試驗(yàn)田，水位變化同圖 3類似，呈現(xiàn)先上升然后保持穩(wěn)定后再下降的趨勢(shì).
圖3 降雨-產(chǎn)流水位變化過(guò)程線
圖4 人工排水水位變化線
在整個(gè)水稻生長(zhǎng)期內(nèi)，田面水符合以下水量平衡關(guān)系式：
式中，Hi和Hi+1為水稻第i日和第i+1日零時(shí)水位(mm);Pi為第i日降雨量(mm);ETi+Fi為第i日的蒸散發(fā)和滲漏損失量(mm);ΔRi為第i日水量改變量(mm).
根據(jù)已經(jīng)得到的日蒸散發(fā)和滲漏損失值，結(jié)合降雨、水位信息，計(jì)算可得到ΔRi，再通過(guò)公式(2)來(lái)判斷水稻田的進(jìn)出水情況.
式中，Rin為進(jìn)入水稻田的水量(m3)，即人工灌水量(包括來(lái)自上游田塊的出水);Rout為流出水稻田的水量(m3)，即降雨-產(chǎn)流量或人工排水量;ΔRi為第i日水量改變量(mm);S為試驗(yàn)田面積(m2).
3.2.3 出流負(fù)荷計(jì)算
根據(jù)水量平衡，得到了水稻整個(gè)生長(zhǎng)季的降雨產(chǎn)流和人工排水情況，試驗(yàn)期間，由于無(wú)法準(zhǔn)確判定降雨是否產(chǎn)流，所以不能在降雨-產(chǎn)流時(shí)采集水樣測(cè)定污染物濃度.因此，試驗(yàn)期間定期采集水樣進(jìn)行測(cè)定，由此得到生長(zhǎng)期內(nèi)TN、TP濃度變化曲線.再根據(jù)式(3)和(4)計(jì)算整個(gè)生長(zhǎng)季造成污染的TN、TP負(fù)荷量.
式中，MTN、MTP為TN、TP降雨出流總負(fù)荷量(g);Ri為第i次降雨產(chǎn)生的徑流量(mm);S為試驗(yàn)田面積(m2);CiTN、CiTP為第i次出流當(dāng)日田面水的TN、TP濃度(mg · L-1).
4 結(jié)果與分析
4.1 出流統(tǒng)計(jì)
根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算得到水稻田在整個(gè)生長(zhǎng)期的出流情況(表 1).其中，7月16日和9月9日2 d的出流分別發(fā)生在水稻分蘗期末期和成熟期，均由排水曬田造成，第二次的排水量最大，排水深度接近50 mm;8月7日降雨量?jī)H1.1 mm，但產(chǎn)生了14 mm的出流，水位曲線上當(dāng)日水位呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且上升幅度遠(yuǎn)高于1 mm，由此可推斷當(dāng)日進(jìn)行了人工灌溉，由于灌溉過(guò)量導(dǎo)致上游田塊水進(jìn)入試驗(yàn)田，使得田面水高度達(dá)到最低田埂高度，產(chǎn)生了出流.
表1 水稻田出流情況估算
生長(zhǎng)期內(nèi)共有37場(chǎng)次降雨，降雨強(qiáng)度等級(jí)見(jiàn)表 2(科迪，1995).其中，小雨條件下均未產(chǎn)生出流;中雨條件下有3場(chǎng)降雨未產(chǎn)生出流，其中兩場(chǎng)降雨發(fā)生在曬田期，在此期間田間水位基本為零，降雨量未達(dá)到最低田埂高度，另外一場(chǎng)降雨前田面水水位維持在50 mm左右;大雨條件下，有一場(chǎng)未產(chǎn)生出流，此場(chǎng)降雨前田面水水位不足40 mm.
表2 降雨等級(jí)劃分和出流統(tǒng)計(jì)
4.2 TN、TP出流負(fù)荷
每次采樣測(cè)定后，取5個(gè)樣品的平均值為當(dāng)日水稻田田面水中污染物濃度值，由此得到生長(zhǎng)季內(nèi)TN、TP濃度變化曲線(圖 5)，其他采樣日期的田面水濃度值根據(jù)相鄰兩次采樣水質(zhì)按照線性插值進(jìn)行估算.根據(jù)公式(3)和公式(4)計(jì)算得到整個(gè)生長(zhǎng)季水稻試驗(yàn)田造成的非點(diǎn)源污染中TN和TP負(fù)荷量(表 3)，從而得到TN輸出系數(shù)為8.8 kg · hm-2，TP輸出系數(shù)為0.47 kg · hm-2.
圖5 水質(zhì)變化過(guò)程線
表3 水稻田生長(zhǎng)季出流負(fù)荷估算
圖 5中TN濃度出現(xiàn)了兩次峰值，分別是在施用底肥和追施尿素后，底肥施用一定時(shí)間后，水中TN濃度升高至最大值，之后隨著水稻生長(zhǎng)消耗或者降雨的稀釋濃度逐漸降低;施用底肥后未追施磷肥，所以TP濃度僅在施用底肥后出現(xiàn)峰值，之后有3次較高值出現(xiàn)，與TN在7月份后出現(xiàn)較高值的日期基本一致.整體來(lái)看，TN濃度變化范圍遠(yuǎn)大于TP濃度，濃度在出現(xiàn)峰值后趨于穩(wěn)定，但都呈現(xiàn)波動(dòng)性變化，主要是受到水稻生長(zhǎng)和肥料釋放等的影響.
本試驗(yàn)共有12次田面水出流(表 3)，其中，有4次在出流當(dāng)日采集了水樣進(jìn)行測(cè)定，其他8次出流濃度根據(jù)產(chǎn)流場(chǎng)次前后觀測(cè)到的田面水水質(zhì)數(shù)據(jù)采用線性插值法估算.對(duì)于TN，6月9日和7月1日兩次出流均發(fā)生在濃度峰值前后濃度相對(duì)波動(dòng)較大的時(shí)期，6月9日水質(zhì)采用6月8日和6月12日兩日實(shí)測(cè)濃度進(jìn)行線性插值估算;7月1日水質(zhì)采用6月30日和7月4日兩日實(shí)測(cè)濃度進(jìn)行線性插值估算.這兩日田面水水質(zhì)采用線性插值法估算會(huì)引入一定的誤差.其他6次均發(fā)生在早期肥料釋放較少和后期濃度變化幅度較低(6 mg · L-1以下，平均值為1.92 mg · L-1)階段，水質(zhì)濃度波動(dòng)較小，采用線性插值估算引入的誤差不大.對(duì)于TP，在6月18日后出現(xiàn)了3次濃度峰值，但在這幾日均未產(chǎn)生徑流出流，其他日期濃度變化范圍不超過(guò)0.2 mg · L-1，估算偏差范圍較小.
5 討論
通過(guò)計(jì)算得到試驗(yàn)田生長(zhǎng)季氮、磷污染輸出系數(shù)，并與已有研究成果進(jìn)行了對(duì)比(表 4).其中，TN輸出系數(shù)最高的研究區(qū)位于江蘇省吳江市，達(dá)到38.8 kg · hm-2，該試驗(yàn)區(qū)水稻生長(zhǎng)季降雨量為470.3 mm，超過(guò)40 mm的降雨有5次，且土壤為青紫泥，屬于基礎(chǔ)肥力高的水稻土，而本研究區(qū)生長(zhǎng)季降雨總量為242.7 mm，超過(guò)40 mm的降雨僅一次，因此，其輸出系數(shù)遠(yuǎn)高于本試驗(yàn)區(qū)的結(jié)果;位于上海青浦農(nóng)業(yè)園區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)的TN輸出系數(shù)也很大，主要是由于該試驗(yàn)田進(jìn)行了兩次追肥，每次施用尿素55 kg · hm-2;TP的輸出系數(shù)較高的是天津市寧河縣及上海市青浦農(nóng)業(yè)園區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)，分別是2.08 kg · hm-2和2.67 kg · hm-2，上海試驗(yàn)點(diǎn)施用控釋肥，肥料具有緩釋效應(yīng)，肥料中的磷較長(zhǎng)時(shí)間的保持在田面水中，使田面水磷濃度偏高，而天津試驗(yàn)點(diǎn)在基肥中施用磷酸二銨187.5 kg · hm-2，磷酸一銨75 kg · hm-2，與其他施用復(fù)合肥的試驗(yàn)點(diǎn)相比，磷含量偏高，造成出流中磷負(fù)荷較大.受到降雨、不同水肥管理措施的影響，不同試驗(yàn)點(diǎn)的輸出系數(shù)存在差異，但與其他研究區(qū)的結(jié)果相比，本試驗(yàn)得出的輸出系數(shù)在合理范圍內(nèi).
表4 不同方法下水稻田TN、TP輸出系數(shù)
傳統(tǒng)觀測(cè)方法均需保證水稻田出水口唯一，徑流池觀測(cè)法需要建造徑流池，同步觀測(cè)法需要安裝觀測(cè)水量和水質(zhì)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，且在降雨時(shí)進(jìn)行同步觀測(cè).若場(chǎng)次降雨量過(guò)大，部分田面水可能從田埂流出，沒(méi)有流入徑流池或集水裝置，使得計(jì)算結(jié)果偏低，特別是對(duì)于野外水稻田，可能存在多個(gè)出水口，無(wú)法采取傳統(tǒng)方法進(jìn)行觀測(cè).本試驗(yàn)所采取的的觀測(cè)方法不需要保證單一的進(jìn)水口和出水口，主要通過(guò)水位變化判斷是否產(chǎn)生徑流，并根據(jù)水量平衡原理估算徑流量，因此，對(duì)于野外試驗(yàn)田，具有更強(qiáng)的適用性.另外，試驗(yàn)需要的監(jiān)測(cè)儀器只有水位計(jì)和雨量計(jì)，不需要在試驗(yàn)站點(diǎn)安排人員每日監(jiān)測(cè)，水質(zhì)數(shù)據(jù)的測(cè)定采取定期采樣的方式，無(wú)需每次降雨后立即去現(xiàn)場(chǎng)采集田面水水樣，這使得本方法應(yīng)用起來(lái)有較方便.
由于本試驗(yàn)降雨數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不是實(shí)時(shí)傳輸?shù)模螘r(shí)降雨不能提前知曉，只有每月去野外導(dǎo)出雨量計(jì)降雨數(shù)據(jù)時(shí)才知道當(dāng)月降雨的情況，因此，定時(shí)采樣方式是一種較為靈活的方法.雖然在采取線性插值法估算非采樣日田面水水質(zhì)濃度比降雨前后到現(xiàn)場(chǎng)去采集水樣的方式會(huì)導(dǎo)致一定誤差，但從整體分析來(lái)看誤差也不會(huì)很大.若能采用自動(dòng)采樣的方式測(cè)定田面水水質(zhì)濃度的變化，并結(jié)合水位變化曲線，精確對(duì)應(yīng)產(chǎn)生出流前后的水質(zhì)濃度值進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)該是最理想的方式，但這樣會(huì)增加自動(dòng)采樣儀器的投入和后續(xù)水樣測(cè)試分析的成本.
此外，試驗(yàn)中采集水樣時(shí)，取樣的位置或者取水的深度不同，會(huì)對(duì)濃度測(cè)定結(jié)果造成一定的影響，因此，應(yīng)該在取樣時(shí)規(guī)范操作，并保證每次取樣位置和取水深度一致;另外，水位觀測(cè)儀的記錄受到人為活動(dòng)的干擾，若在水位計(jì)附近進(jìn)行除草等活動(dòng)，可能會(huì)對(duì)水位記錄產(chǎn)生影響，使記錄數(shù)據(jù)產(chǎn)生波動(dòng)或者出現(xiàn)異常點(diǎn)，因此，在后續(xù)水位數(shù)據(jù)分析和處理過(guò)程中要注意對(duì)異常點(diǎn)的識(shí)別和剔除.
試驗(yàn)采用的水位觀測(cè)儀通過(guò)壓力傳感器測(cè)定水位，監(jiān)測(cè)結(jié)果容易受到氣壓和水生物活動(dòng)的影響，建議今后的研究對(duì)儀器進(jìn)行改進(jìn)，增加水位記錄的穩(wěn)定性.本研究只探討了降雨出流、人工排水及過(guò)量灌溉造成的非點(diǎn)源污染，沒(méi)有考慮滲漏對(duì)地下水造成的污染，尚需結(jié)合地表徑流和地下滲漏進(jìn)行進(jìn)一步的研究.具體參見(jiàn) 污水處理技術(shù)資料或污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。
6 結(jié)論
1)在2013年的水稻田試驗(yàn)監(jiān)測(cè)中，共有12次田面水流失造成了非點(diǎn)源污染.田面水流失由降雨、人工排水和過(guò)量灌溉造成.流失的污染負(fù)荷中，TN為3.36 kg，其中，由降雨造成的流失量最大，占88.8%，其次是排水曬田，占9.8%，而過(guò)量灌溉回歸流導(dǎo)致的流失量占1.4%;TP流失量為0.18 kg，由降雨造成的流失量占72.7%，排水曬田流失量占24.1%，過(guò)量灌溉流失量占3.2%.水稻生長(zhǎng)期間，若采取淹灌模式，田間始終保持較高蓄水層，降雨極易造成非點(diǎn)源污染，另外，若灌溉不當(dāng)，也會(huì)造成少量田面水出流.因此，應(yīng)該根據(jù)作物需水量采取節(jié)水灌溉等科學(xué)灌溉模式，降低田面水水位或者在水稻需水量較低時(shí)期不建立田間蓄水層，僅保持土壤含水量在一定范圍內(nèi)，以降低非點(diǎn)源污染.
2)通過(guò)觀測(cè)水位觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有降雨、人工排水、灌溉等條件下，田面水水位曲線呈現(xiàn)的平穩(wěn)下降趨勢(shì)僅由蒸散發(fā)和滲漏損失造成.因此，可以根據(jù)水位、降雨量、水分管理等信息，得到水稻生長(zhǎng)季的蒸散發(fā)和滲漏損失線，再通過(guò)水量平衡公式計(jì)算得到水稻田內(nèi)水量的流入和流出水量.
3)與傳統(tǒng)的徑流池法和同步觀測(cè)法相比較，本研究提出的觀測(cè)方法對(duì)于水稻田非點(diǎn)源的觀測(cè)更加簡(jiǎn)單，且不需要花費(fèi)大量的人力和物力.特別是對(duì)于出水口不唯一、最低田埂高度動(dòng)態(tài)變化的野外試驗(yàn)田，具有較強(qiáng)的可操作性.
